第四章-地面灌溉节水技术

第四章地面灌溉节水技术地面灌溉：送入田块的灌溉水在沟、畦、格田中流动，形成连续的薄水层或细小的水流，借重力和毛细管作用浸润土壤的灌水方法。它包括漫、沟、畦、格田灌溉等。目前，世界90%采用此法。鉴于目前我国经济实力不足，广大农村地区的技术管理水平较低的现实，大面积推广喷灌、滴灌、渗灌等先进灌水技术还受到很大的限制，97%灌溉采用地面灌溉方式。在今后相当长的一段时间内，我国还仍会以地面灌溉为主。地面灌溉节水技术很多，如平整土地、长畦改短畦、宽畦改窄畦、隔沟灌、膜上灌、波涌灌等。优点：耗能少，投入低，不需特殊设备，农民易于掌握，节水效果也比较明显。不足：易超量灌溉，渗漏量大，抬高地下水位，发生土壤次生盐碱化；对土地平整要求高，投工大；地面蒸发所占比重大，水分利用效率低；易板结。第一节平整土地要实现地面灌溉用水的高效率，首先要确保土地平整，平整的土地可以使水均匀地流向田间各处，避免局部积水。美国把平地作为灌区改造的第一位工作，埃及的经验是灌区建设投资平地占70％。平整土地要满足以下一些基本要求：①整后的土地应能产生灌溉的最佳坡度，满足灌溉水能均匀输送于田面各处。②要使平整土地过程中的土方移动量最小，使土地平整费用投入最少。③使平整的土地不降低原有耕地的肥力，确保当年平地，当年受益。土地平整方法包括常规土地平整措施和激光控制平地技术。常规平地方法有人工法和机械法。机械法采用的设备有推土机、铲运机和刮平机，它具有土方移动量大、平地效率高、费用相对较低等特点，适合于在地面起伏较大、平整度较差的田面内进行粗平，改变田块的宏观地形。由于平地效果取决推土机和刮平机的施工精度、人工操作和人工测平精度等诸多因素的影响，当田面达到一定平整度后便很难再有所提高。激光控制平地技术。激光控制装置使土地平整精度得到大幅度的提高，其感应系统的灵敏性比人工视觉判断准确10—50倍。激光平地的作业效率高，适宜在常规粗平基础上完成田面精平，改善地面微地形条件，但平地费用相对较高，铲运设备容积有限。利用常规粗平方法和激光精平技术的长处及特点，二者结合可获得较好的土地平整效果。激光平地机配套的激光发射设备可按照操作人员输入的坡度等参数，在待平土地上方扫射形成激光面，安装在平地机上方的激光接收装置在平地机运动时，将地形起伏与激光面比较高差，同时将数据传送至驾驶室主控电脑，主控电脑通过牵引设备液压系统控制铲土框高地铲土，洼地卸土，达到全自动精确土地平整。2006年5月1日，由四川省农业科学院引进的激光平地系统完成整机组装，进行测量的3块田中：1号地面积1.6亩，平地前高低差异14.5cm，平地后差异2.0cm。2号地面积3.2亩，平地前高低差异7cm，平地后差异3cm。3号地面积2.7亩，平地前高低差异12.5cm，平地后差异2cm。一、漫灌(wildflooding)在田间不做沟、不做埂，灌水时任水四处漫溢的灌溉方法。粗放和原始的方法。缺点：水资源浪费严重；土壤养分淋失；根系易短期缺氧；土壤易板结，发生次生盐碱化。优点（唯一）：在盐碱地大水漫灌，可淋洗盐碱。现状已被淘汰。第二节地面灌溉方法二、格田灌溉(basin)格田灌溉：先在灌溉地块上建造格田（四周围埂），然后放水形成水层，从而实施灌溉的方法。要求：为使淹灌水层深浅一致，要求格田田面平整，坡度宜控制在0.05%左右。格田通常为长方形，埂高30～40cm。面积视地形土质而定，一般2～5亩。格田灌溉类型1、串灌格田：指格田与格田互相联通，共用一个进水口和出水口。因串灌不利于格田独立调控水层，又易引起肥料流失，应尽量避免。2、单灌格田：指每个格田都有独立的进水口和出水口，便于格田独立调控水层•适用范围主要适用于水稻等水生作物，另外，利于盐碱地冲洗改良。三、畦灌(border)概念：在田间起土筑埂，将田块分割成许多狭长平整地块，即灌水畦，又称畦田。把水从输水沟或毛渠放入畦中，水流以薄层沿畦长方向向前移动，边流边渗润湿土层的灌水方法。畦灌法主要适用于灌溉窄行密植作物或撒播作物或保护地多数蔬菜、露地花卉、苗圃和密植果树等。畦灌也称改进地面灌水技术，以往畦田灌溉方式比较粗放，近年来在激光控制平地技术基础上不断改进，自20世纪80年代起已在许多国家得到推广应用，是地面灌溉中推广应用最广泛的灌水方法之一。畦灌包括水平畦灌和波涌灌等。水平畦灌指田间做成水平的畦，水以较大流量流入畦内，并均匀分布后由重力作用渗入根区的畦灌。水平畦田灌水技术在我国的应用尚处于起步阶段，随着现代化规模经营农业的发展，传统的地面灌溉技术向现代地面灌溉技术的转变已成为大势所趋。畦田改造在我国有两种方案：一是大畦改小畦实施小畦灌溉；另一种方案是采用激光平整土地技术，对土地进行精平，进行水平畦灌。一、小畦灌溉（一）、优点：（1）节约水量，易于实现小定额灌水（2）灌水均匀，灌水质量高（3）防止深层渗漏，提高田间水的利用率（4）减轻土壤冲刷，减少养分淋失，减轻土壤板结（5）土地平整费用低，技术简单、易掌握和推广。（二）、畦田的坡度：沿长边方向一定的畦田坡度，便于流入畦田的水在田面上形成流动的薄水层，实现均匀灌溉的目的。一般布置适宜的田面坡度为1/1000—3/1000，最大可达0.02。坡度过大会造成水对土壤的冲刷，而引发水土流失。畦面面积与畦面坡度大小要相适应，畦面越平灌溉水在畦面内的流动越慢，畦块就应该设计得小一些，这样才能减少畦首的渗漏损失。(三)、畦田规格设计畦田规格设计主要有畦田的长度、宽度和畦埂断面等。1．畦宽畦宽主要取决于畦田的土壤性质和农业技术要求以及农业机具的宽度。通常畦宽多按当地农业机具宽度的整倍数确定，一般为2—4m，传统畦灌法的畦宽一般都要求最宽不要超过4m。尤其在水源流量较小时或井灌区，为了迅速在整个畦田面上形成流动的薄水层，一般畦田的宽度都较小。2、畦长畦长随畦田纵向坡度、土壤质地及土壤透水性能、土地平整度等情况变化。畦田田面纵向坡度大时畦长可长些；砂质土壤透水性能强，畦田长度宜短；黏质土壤透水性能弱，畦长稍长。保护地畦长取决于保护地设施的长度或宽度。畦长与灌水均匀度之间的关系灌后土壤含水率／％畦长／m单宽流量／L.S-1.m-l灌水定额／15m3．hm-2畦首畦尾灌水均匀度／％30501002003003．03．03．03．03．045．556．663．066．575．524．324．223．924．224．322．921．418．918．517．694．288．479.076.472.3土壤性质、畦田纵向坡度与畦长和畦宽以及单宽流量之间的关系田面坡度2／1000田面坡度＝2／1000—1／100田面坡度＝1／100—2.5／100畦长／m畦宽／m单宽流量L·S-1·m-1畦长／m畦宽／m单宽流量／L·S-1·m-1畦长／m畦宽／m单宽流量／L·S-1·m-1强透水性轻壤土中透水性壤土弱透水性壤土30—5050—7070—803．03．03．05—65—64—550—7070—8080—1003．03．03．05—64—53—470—8080—100100—1303．03．03．03．03．03．03．畦埂畦埂断面一般为三角形，畦埂高0.2-0.25m，底宽0.3—0.4m，引浑水灌溉的地区应适当加大些。畦埂是临时性的，应与整地、播种相结合，最好采用筑埂器修筑。对于密植作物，畦埂也可以进行播种。为防止畦埂跑水，在畦田地边和路边最好修筑固定的地边畦埂，埂高不应小于0.3m，底宽为0.5—0.6m，顶宽为0.2—0.3m。二、水平畦灌水平畦灌是将田间做成水平的畦田，水以较大流量流人畦内，并作均匀分布，在重力作用下渗入根区。水平畦灌需建立在激光控制精细平整土地技术基础上的一种地面灌溉技术。它具有灌水技术要求低，田间灌水利用率高，拦蓄降雨，劳动生产率高等优点，特别适合地势平坦、面积较大、机械化程度较高的地区。水平畦田灌溉系统中的田面与小畦灌溉的田面有所不同，它要求田面具有较高的水平状态，畦田可以是任意形状，周边由田埂封闭，畦块规格的设计取决于供水流量、土壤入渗特性等因素。畦块的规格一般在2-4hm2左右，较大的可达到16hm2。灌溉时要求的灌水流量较大，使灌溉水能在较短的时间内进入整个田块。三、灌水质量评价1、灌水效率Ea(%)100DZrEaZr—水分渗入根层的平均水深Ｄ－进入田块的平均供水深度2、灌水均匀度ＥdEd—灌水均匀度；反映了入畦水深在田间入渗分布的均匀程度。⊿Z—灌水后沿畦长方向各点土壤实际蓄水深度Zi与平均蓄水深度Z的离差绝对值的平均值。第三节沟灌(furrow)沟灌：在作物行间开沟，灌水时，水在沟中边流边渗的灌溉方法。种类：细流沟灌与蓄水沟灌。细流沟灌—水在沟中边流边渗，灌完后沟尾不封闭，沟中不留积水；细流沟灌适于地面坡度较大、土壤渗透性良好的地区；蓄水沟灌—沟较深，灌水后沟尾封闭，沟中留有水层。蓄水沟灌适于土壤透水性差、地形平缓的地区。灌水沟规格断面，梯形或三角形，上口宽20～40cm，沟深8～25cm；适宜坡度0.5～2%；沟长取决于地面坡度、土壤透水性。当坡度小、土壤透水性强，沟长宜短些；反之，宜长些。一般30-100m；间距取决于质地，因质地与灌水沟的湿润范围有关。轻质土壤间距较窄，50-60cm；重质土壤较宽，75～80cm；中等质地，65-75cm。具体确定时还要结合作物的行距来考虑。入沟流量取决于地面坡度及土壤透水性。坡度小，透水性强，入沟流量要大些；反之，要小些。一般为0.2～2.0Ls-1。沟灌优点1、灌水后不会破坏作物根系附近的土壤结构，可以保持根部土壤疏松，通气良好。2、不会形成严重的土壤表面板结，能减少深层渗漏，防止地下水位升高和上壤养分淋失。3、在多雨季节，还可利用灌水沟汇集地面径流并及时进行排水防涝。4、沟灌能减少株间土壤蒸发，有利干土壤保墒（局部灌）。5、开灌水沟时还可对作物兼起培土作用，防止作物倒伏。适应范围适于宽行距的中耕作物，如棉花、玉米、高粱、甘薯等。河南省引黄灌区灌水沟长度与灌水流量关系表土壤透水性沟底比降沟长(m)入沟流量(L/s)1～0.4%60～800.6～0.90.4～0.2%40～600.7～1.0强0.2%30～401.0～1.51～0.4%80～1000.4～0.60.4～0.2%70～900.5～0.6中0.2%40～500.7～1.01～0.4%90～1000.2～0.40.4～0.2%80～1000.4～0.5弱0.2%50～800.5～0.6第四节波涌灌溉波涌灌溉又称间歇灌溉或涌流灌溉，是指利用适当的设备(方法)形成间隙流，水流以波涌状流向灌区的一种灌溉方式。它是人们在研究沟(畦)灌的基础上发展起来的地面灌水技术，它可分为波涌沟灌和波涌畦灌。与传统的沟(畦)灌不同，它不是将灌溉水流一次推进到沟(畦)末端，而是将水流按一定周期间歇式地逐次推进到沟(畦)末端。优点：1、节水效果好。节水率的大小与畦（沟）长短、土壤性质和灌溉季节有关。一般比连续灌可节水15-30%。2、水流推进速度快，节省时间，缩短灌期。例如，在相同的田块上用连续灌要24小时，而波涌灌为16小时。3、解决长畦（沟）灌水难的问题。目前一些灌区的畦（沟）比较长，有的长达300-400m，若采用连续灌，田间深层渗漏严重；若长畦改短畦又存在一定的难度，群众怕占地、费工。采用波涌灌可解决这个问题。4、灌水均匀、保肥。减少畦首（头）入渗量，避免大量深层渗漏损失，而使畦尾的入渗量增加。这就缩小了畦首、尾入渗量的差距，灌水更加均匀。同时，还可防止肥料淋失，把肥料保存在根层内。在波涌灌溉过程中，随着田面供水的一放一停，田面水流相应地经历了一个起涨和落干的过程。当水流流经上一个周期湿润过的田面时，因田面的粗糙率减小，水流速度加快，入渗能力减小。这就使得波涌沟(畦)灌溉较传统的地面沟(畦)灌具有省时、省水、节能、灌水质量高等优点。并能基本解决长畦(沟)灌水难的问题。一、波涌灌溉的灌溉机理（一）、产生光滑的表面层。波涌灌溉采用的是间歇式灌水方式，当第一次灌水停止后，田面表层土壤的结构状态发生了改变，使凸凹不平